分享一篇发表在Nature communications上的文章，题目是“Modification of N-terminal α-amine of proteins via biomimetic ortho-quinone-mediated oxidation”，文章的通讯作者是来自上海交通大学的王平教授和中科院昆明动物研究所的郑永唐教授。王平教授的主要研究兴趣是活性糖蛋白和糖多肽的化学合成以及多肽合成方法学，郑永唐教授的研究兴趣是抗HIV药物药效学评价和机制研究。在本文中，作者受自然界中铜胺氧化酶中的邻醌辅因子参与的氧化反应启发，发展了一种新的修饰蛋白N端的α氨基的方法。
自然界中的铜胺氧化酶邻醌辅因子因其能够高效和高选择性地将一级氨氧化为醛基受到了广泛的关注和研究。之前利用邻醌的氧化反应方面的研究主要集中在小分子水平，而邻醌与蛋白之间的反应研究较少且分子机制也不明确。尽管目前已有许多的方法能够选择性地修饰蛋白或者肽段N端的氨基，但是这些方法还存在一些局限性，譬如需要特定的N端氨基酸残基或者反应选择性和速率较差。在本文中，作者设想利用邻醌这种温和的氧化试剂，在生理条件下实现对肽段或者蛋白N端α氨基高效和选择性地修饰。
作者首先对邻醌的氧化反应进行了优化。设计8种不同邻醌（Ox1–Ox8）衍生物，随后与模型肽反应，将氨基氧化为醛基后加入EtONH2生成肟产物，最后通过LC-MS检测。比较各个邻醌对N端的α氨基与赖氨酸上的ε氨基的反应效率与选择性，发现Ox1的反应效率与选择性最好，并且在pH=4-8的条件下均具有较好的反应效率。随后，作者评估了模型肽N端的20种氨基酸残基对邻醌氧化α氨基反应的影响，发现当模型肽的N端的残基为Gly，Arg，Leu，Met，Glu和Lys时，邻醌与模型肽的α氨基反应效率较高，且几乎没有副产物。
作者随后将这种邻醌选择性氧化反应用于四种生物肽段或者蛋白中，包括COVID-19刺突蛋白的肽段片段（N端残基为Arg）、替可克肽（N端残基为Gly）、肌红蛋白（N端残基为Gly）和泛素（N端残基为Met），发现邻醌均能高效的氧化N端的α氨基。作者进一步以带有半胱氨酸的RNF-4蛋白的肽段片段和SUMO2蛋白（N端有Ala突变为Gly）为模型，先对肽段中的半胱氨酸进行光保护反应，随后用邻醌氧化N端的α氨基，最后进行脱保护，可以实现邻醌对含有半胱氨酸的肽段或者蛋白α氨基的氧化。最后，作者将邻醌氧化反应应用在药物化学领域。作者选择了MIP-1β (CCL4)蛋白，其N端结构域能够与HIV的CCR5的穿膜螺旋束结合从而发挥抗HIV活性。作者在两种MIP-1β变体的基础上，利用邻醌氧化蛋白N端的α氨基衍生出系列的MIP-1β类似物，通过抗HIV活性实验发现38和39两种MIP-1β变体的EC50最低，相比之前的MIP-1β其抗HIV活性提高了20倍。
总之，作者借鉴自然界中邻醌辅因子参与的氧化反应，发展了一种高效和高选择性氧化修饰蛋白N端α氨基的方法。
本文作者：TH
责任编辑：LDY
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22654-7
原文引用：DOI: 10.1038/s41467-021-22654-7
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